近日，精密測量院影像大地測量研究團隊以河北省衡水市為案例，采用時間序列干涉合成孔徑雷達（Time-Series Interferometric Synthetic Aperture Radar ，TS-InSAR）技術(shù)，深入解析了地下水過度開采與地面沉降之間的關(guān)系，相關(guān)研究成果近日發(fā)表在《水文學(xué)：區(qū)域研究》（Journal of Hydrology: Regional Studies）上。

華北平原是中國三大平原之一，是中國人口最多的平原，其經(jīng)濟發(fā)展主要依靠地下水支持。地下水超采與地面沉降現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)，給生態(tài)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施帶來挑戰(zhàn)。針對這一現(xiàn)狀，以沉降問題突出的衡水市為典型區(qū)域，研究地下水開采與地面沉降的因果關(guān)系和時空特征，對可持續(xù)水資源管理至關(guān)重要。

研究基于 Sentinel-1A SAR衛(wèi)星數(shù)據(jù)（圖一），采用TS-InSAR技術(shù)，獲取了衡水市2017—2024年的高精度地表形變信息。通過季節(jié)性沉降信號分離、相位滯后校正等關(guān)鍵技術(shù)處理，并結(jié)合地下水動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了研究區(qū)承壓含水層地下水位變化和地面沉降之間的聯(lián)系。

研究區(qū)域位置（包含區(qū)域地質(zhì)特征、承壓水井數(shù)量、Sentinel衛(wèi)星數(shù)據(jù)覆蓋范圍）

研究發(fā)現(xiàn)，衡水市的地面沉降表現(xiàn)出兩類典型特征（圖二）：第一類為沉降速率與地下水位動態(tài)變化呈顯著同步性，指示其沉降主控因素為承壓含水系統(tǒng)的水位下降；第二類則顯示出地下水位回升背景下沉降持續(xù)發(fā)展的異?，F(xiàn)象，經(jīng)分析主要歸因于弱透水層因前期水位下降引發(fā)的滯后排水效應(yīng)。研究進一步揭示，衡水市地處黃河沖積平原與沖積扇過渡帶的特殊地質(zhì)環(huán)境，沉積物在巖性組成和結(jié)構(gòu)特征上存在顯著空間異質(zhì)性。這種地質(zhì)背景導(dǎo)致區(qū)域含水層系統(tǒng)在儲水能力和滲透性能方面表現(xiàn)出強烈的非均質(zhì)性，從而形成了地面沉降空間分布的不均衡格局。

4個地下水位監(jiān)測點附近的變形和水頭的時間序列

在國家“南水北調(diào)”戰(zhàn)略持續(xù)推進、地下水超采區(qū)治理進入攻堅階段的時期，該研究對衡水市地下水變化監(jiān)測提供了新見解，可用于約束地下水和沉降模型，為區(qū)域地下水管理和地面沉降防控提供重要科學(xué)依據(jù)。此外，研究還展示了TS-InSAR技術(shù)在地下水研究中的強大應(yīng)用潛力，能以其毫米級的測量精度開展廣域形變監(jiān)測，為地表形變與地下水動態(tài)的關(guān)聯(lián)分析提供了高效工具。相關(guān)研究方法不僅適用于衡水市，還可為華北其他地區(qū)和我國其他超采區(qū)的研究提供參考。未來，結(jié)合更多監(jiān)測技術(shù)（如GRACE重力衛(wèi)星數(shù)據(jù)），有望進一步提升對地下水儲量變化的精確評估。

相關(guān)成果以“TS-InSAR assessment of groundwater overexploitation-land subsidence linkage: Hengshui case study”為題，發(fā)表在《水文學(xué)：區(qū)域研究》（Journal of Hydrology: Regional Studies）上。精密測量院博士生安巖為論文第一作者，研究員沈強為通訊作者。

該研究得到國家自然科學(xué)基金、武漢市自然科學(xué)基金和湖北省珞珈實驗室開放基金的部分資助。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214581825003143